(57)【要約】  シャフトに挿入する、シャフトバランス装置は、外面と、内面と、それらの面にある２つのクラッシュポイントのセットとを有する概して平坦な円筒バンドを含む。バランスウェイトが、２つのクラッシュポイントのセット間のバンドの外面に取り付けられる。本装置は、シャフトの中に挿入され、クラッシュポイントが半径方向外向きに可塑的に変形し、シャフトの内面にバランスウェイトを保持するスプリング力を生み出す。バンドは、シャフトの曲率よりもわずかに大きい曲率半径を有する２つのクラッシュポイントの間に湾曲した接続部を有する。バランスウェイトは、湾曲した接続部の曲率半径よりもわずかに大きく、シャフトの曲率半径よりもわずかに小さい曲率半径を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面、内面、およびこれらの面にある２つのクラッシュポイントのセットを有し、シャフトの内径よりもわずかに小さい外径をである概して平坦な円筒バンドと、
前記２つのクラッシュポイントのセットの間の前記概して平坦な円筒バンドの前記外面に取り付けられたバランスウェイトとを備え、
前記２つのクラッシュポイントが前記概して平坦な円筒バンドの前記内面から半径方向内側に突出し、外向きに可塑的に変形し得る、シャフトバランス装置。
【請求項２】
前記概して平坦な円筒バンドが前記２つのクラッシュポイントのセットの間に湾曲した接続部をさらに含む、請求項１に記載のシャフトバランス装置。
【請求項３】
前記バランスウェイトが、曲率半径が前記シャフトの曲率半径より小さい、湾曲した内面および湾曲した外面を有する、請求項２に記載のシャフトバランス装置。
【請求項４】
前記概して平坦な円筒バンドがスプリング鋼で作られている、請求項１から３のいずれか一項に記載のシャフトバランス装置。
【請求項５】
前記バランスウェイトが鋼鉄で作られている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシャフトバランス装置。
【請求項６】
前記概して平坦な円筒バンドの厚さが前記バランスウェイトの前記厚さよりも薄い、請求項１から５のいずれか一項に記載のシャフトバランス装置。
【請求項７】
前記バランスウェイトが溶接によって前記概して平坦な円筒バンドの前記外面に取り付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載のシャフトバランス装置。
【請求項８】
前記シャフトがドライブシャフトアセンブリの一部である、請求項１から７のいずれか一項に記載のシャフトバランス装置。
【請求項９】
少なくとも１つの追加のバランスウェイトをさらに備え、前記追加のバランスウェイトが前記２つのクラッシュポイントの間の湾曲接続部上で前記概して平坦な円筒バンドの前記外面に取り付けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載のシャフトバランス装置。
【請求項１０】
シャフトにバランスウェイトを固定する方法であって、
概して平坦な円筒バンドを圧縮する段階であって、前記概して平坦な円筒バンドは、半径方向内側に突出する２つの変形可能なクラッシュポイントの少なくとも１つのセットと、前記２つのクラッシュポイントのセットの間の、前記概して平坦な円筒バンドの外面に取り付けられた少なくとも１つのバランスウェイトとを有し、前記概して平坦な円筒バンドの最大外径は、前記シャフトの内径よりも小さい、段階と、
前記シャフト内に前記概して平坦な円筒バンドを挿入する段階と、
前記概して平坦な円筒バンドを解放する段階と、
前記２つのクラッシュポイントを前記シャフトの内径に向かって半径方向外側へ変形させ、外向きの最大スプリング力を生み出す段階とを備える方法。
【請求項１１】
前記シャフトに前記概して平坦な円筒バンドを機械的に取り付ける段階をさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
機械的に取り付ける段階は、前記概して平坦な円筒バンドを前記シャフトにステーキングする段階を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記概して平坦な円筒バンドを前記シャフトの中に挿入する前に、前記概して平坦な円筒バンドの前記外面に接着剤を塗る段階をさらに備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記概して平坦な円筒バンドおよび前記シャフトにコーティングを塗る段階をさらに備える、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
２つのクラッシュポイントのセットの間で、２つの端部を有する前記概して平坦な矩形バンドの前記外面に少なくとも１つのバランスウェイトを取り付けることによって、前記概して平坦な円筒バンドを形成する段階と、
前記概して平坦な円筒バンドを形成するよう、前記端部を共に丸める段階とをさらに備える、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記シャフトの中に１つよりも多いバンドを挿入する段階をさらに備える、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
シャフトと、シャフトバランス装置とを備えるバランスシャフトアセンブリであって、
前記シャフトバランス装置が、外面、内面、これらの面にある２つのクラッシュポイントのセット、およびシャフトの内径よりもわずかに小さい外径を有する、概して平坦な円筒バンドと、
前記２つのクラッシュポイントのセットの間の前記概して平坦な円筒バンドの前記外面に取り付けられた、バランスウェイトとを備え、
前記２つのクラッシュポイントが前記概して平坦な円筒バンドの前記内面から半径方向内側に突出し、外向きに可塑的に変形し得、
前記シャフトバランス装置が前記シャフトの中に配置される、バランスシャフトアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの内面にバランスウェイトを固定するための装置に関する。より具体的には、本発明は、ドライブシャフトのアセンブリに用いられるシャフトの内面にバランスウェイトを固定するための改良された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のドライブトレインアセンブリは、通常、管状ドライブシャフトおよび１つまたは複数の軸を含む。ドライブシャフトのバランスをとることは、ドライブトレインアセンブリの全体的な性能向上に役立つ。アンバランスなドライブシャフトは、ドライブトレインアセンブリに振動およびノイズを引き起こし得る。ドライブシャフトにおける過度な振動およびノイズを減らすか除去すると、ドライブシャフトおよびドライブトレインアセンブリの部品寿命の増加に寄与する。
【０００３】
ドライブシャフトは、全体にわたって均一な壁の厚さを有する完全に円筒の形状の管にすることにより製造されることが好ましい。完全な形状をしたドライブシャフト管であれば、回転に対して正確にバランスを保つことができ、使用の間、いかなる望ましくないノイズまたは振動も発生しない。しかしながら、均一な壁の厚さを有する材料から作られるドライブシャフトのコストは、しばしば法外なほど高くなる。より低コストの商品材料が、ドライブシャフトの全体的なコストを抑制するために用いられ得るが、そのような材料を用いると、しばしば壁の厚さが極端にばらつくことになる。このばらつきにより、ドライブシャフトの周りに半径方向に質量の差異が生じ、過度の静的不均衡が生み出される。このドライブシャフトがドライブトレインアセンブリへ組み込まれた場合、静的不均衡によって、アセンブリの動的バランスが過度なものになる。
【０００４】
そのようなアンバランスによって望ましくないノイズまたは振動が発生するのを防止すべく、バランスウェイトが、しばしばそのような不均衡を相殺するのに用いられる。バランスウェイトは、ドライブシャフト管の選択した部分に合わせた大きさで、そこに取り付けられ、使用中の回転のバランスを保つ。
【０００５】
他のドライブトレインアセンブリにおけるシャフトを用いる前に、シャフトの静的不均衡を低減し、したがって、ドライブシャフトアセンブリの初期の動的不均衡を低減する装置および方法の必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
シャフトに挿入する、シャフトバランス装置は、外面と、内面と、それらの面にある２つのクラッシュポイントのセットとを有する概して平坦な円筒バンドを含む。バンドの外径は、バンドが中に挿入されるシャフトの内径よりもわずかに小さい。バランスウェイトは、２つのクラッシュポイントの間のバンド外面に取り付けられる。クラッシュポイントはバンドの内面から半径方向内側に突出し、半径方向外向きに可塑的に変形してバンドの２つの端部を接触させ得、シャフトの内面にバランスウェイトを保持するスプリング力を生み出す。バンドは、２つのクラッシュポイントの間に曲率半径がシャフトの曲率よりもわずかに小さい湾曲した接続部を有する。バランスウェイトは、湾曲した接続部の曲率半径よりもわずかに大きく、シャフトの曲率半径よりもわずかに小さい曲率半径を有する。
【０００７】
概して平坦な円筒バンドは、概して矩形で平坦なバンドを円筒形に丸めることによって形成され得、アンバランスなシャフトの直径よりも小さい直径を有する。概して平坦な円筒バンドは、シャフト内に配置され、次に解放されることでバンドの外面が、シャフトの内面に接触することが可能になる。クラッシュポイントは、次に半径方向外側に変形し、バランスウェイトをシャフト内の適所に保持するようにスプリング力を与える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の、上記の利点および他の利点は、添付図面と照らし合わせて検討される場合、以下の詳細な説明から、当業者には容易に明らかになる。
【図１】本発明の好ましい実施形態によるシャフトバランス装置の斜視図である。
【図２】図１のシャフトバランス装置の側面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による円筒構造のシャフトバランス装置の斜視図である。
【図４】図３のシャフトバランス装置の上面図である。
【図５】本発明によるシャフト内に配した複数のシャフトバランス装置の斜視図である。
【図６】本発明の実施形態によるシャフト内に配した図３のシャフトバランス装置の上面図である。
【図７】クラッシュポイントおよびバランスウェイトの詳細図を示す、シャフト内に配した図３のシャフトバランス装置の側面図である。
【図８】クラッシュポイントの変形の後の、シャフト内に配した図３のシャフトバランス装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、そうでないと明確に特定されている場合を除いて、さまざまな代替的な方向性および段階の順番を想定し得ることが理解されるべきである。添付の図面において図示され、以下の明細書において説明される特定の装置およびプロセスは、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の概念の単に例示的な実施形態に過ぎないことも理解されるべきである。したがって、開示された複数の実施形態に関する、複数の特定の寸法、向き、または他の物理的特徴は、特許請求の範囲において別途明示される場合を除き、限定的なものとみなされるべきではない。
【００１０】
本発明は、バランスウェイトをシャフトの内面に固定するための装置に関する。
【００１１】
ここで図１〜図２に参照すると、シャフトバランス装置１０は、バンド１４に固定されるバランスウェイト１２を含む。バンド１４は、スプリング鋼を含むが、これに限定されない可塑的に変形可能な材料から作られる概して平坦なバンドである。バンド１４の寸法は、バンド１４がシャフトの中に挿入され得るように、特定の用途に適合するよう選択され得る。１つの好ましい実施形態において、図１〜図２に示されるように、バンド１４は、幅１４ａ、長さ１４ｂ、および厚さ１４ｃを有する概して矩形形状である。バンド１４の厚さ１４ｃは、バンド１４の全体にわたって均一である。厚さ１４ｃは、バンド１４が中に挿入されているアンバランスなシャフトの厚さと比較すると、相対的に小さいことが好ましい。１つの好ましい実施形態において、バンド１４は、長さ２０．５インチ、幅１インチ、および厚さ０．０１５インチである。
【００１２】
図１〜図３に示されるように、バンド１４は、内面１４ｄおよび外面１４ｅを有する。バランスウェイト１２は、バンド１４の外面１４ｅに取り付けられる。１つの好ましい実施形態において、バランスウェイト１２は、バンド１４の外面１４ｅに溶接される。他の実施形態において、バランスウェイト１２は、固定具の使用もしくはステーキングなどの機械的手段を用いて取り付けられ得るか、または接着剤を使用することで固定され得る。バランスウェイト１２は、特定の用途の必要に応じて、任意の予め決定された重量およびサイズに作られてよい。バランスウェイト１２は、鋼鉄、真鍮もしくは銅、およびアルミニウムを含む高密度金属またはプラスチックを含むが、これらに限定されない、用途に適する任意の既知の材料で作られ得る。  １つの好ましい実施形態において、バランスウェイト１２は、形状が略四角形であり、内面１２ａおよび外面１２ｂを有する。バランスウェイト１２は、バンド１４の外面１４ｅが、バランスウェイト１２の内面１２ａと接触するように、バンド１４に溶接される。
１つの好ましい実施形態において、バランスウェイト１２は、図１〜図２に示されるように、バランスウェイト１２がバンド１４の幅１４ａを越えて延在するように、バンド１４の幅よりも長い幅および／または長さを有する。１つの好ましい実施形態において、バランスウェイト１２は、バンド１４の厚さ１４ｃよりも厚い厚さ１２ｃを有する。
【００１３】
図１〜図３に示されるように、バランスウェイト１２の内面１２ａは、凹状の湾曲した面を有する。凹状内面１２ａによって設けられる曲率半径は、円筒を形成するようバンド１４が丸められ、シャフト内に配置される場合に、バランスウェイト１２の曲率半径が、シャフトの曲率半径よりもわずかに小さく、バランスウェイト１２の外面１２ｂがシャフトの内面に接触することを可能とするようになっている。
【００１４】
ここで図１〜図２に参照すると、バンド１４は、バンド１４の内面１４ｄから上向きに突出してバンド１４に形成された２つのクラッシュポイント１６ａ、１６ｂのセットを有する。クラッシュポイント１６ａ、１６ｂは、バランスウェイト１２がクラッシュポイント１６ａと、１６ｂとの間でバンド１４に取り付けられるように、バンド１４に沿って配置される。
【００１５】
クラッシュポイント１６ａ、１６ｂは、特定の用途の必要に応じて、任意の形状またはサイズであってよく、これらのクラッシュポイントに力が加えられると変形し得、変形すると、バンド１４の「実効長」が実際の長さ１４ｂよりも長い長さに増加する面を提供する。本明細書に用いられるように、「実効長」とう用語は、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂが変形したときに広げられた場合のバンド１４の長さを意味する。
【００１６】
例えば、１つの好ましい実施形態において、図１〜図２に示されるように、バンド１４の長さは、２０．５インチである。クラッシュポイント１６ａ、１６ｂが変形した場合、バンド１４の「実効長」は、２０．５インチより長くなり、バンド１４の端部１４ｆ、１４ｇ互いに接触させ、このため、図８に示されるように、シャフト２０の内面に対して半径方向外向きにバンド１４の外面１４ｅを押し付ける。１つの好ましい実施形態において、図１〜図２に示されるように、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂは、先端がとがっている。
【００１７】
クラッシュポイント１６ａと、１６ｂとの間のバンド１４の部分は、湾曲した接続部１８である。接続部１８の曲率は、バランスウェイト１２の内面１２ａの曲率に一致する。図１〜図２に示されるように、湾曲した接続部１８は、内面１８ａと、外面１８ｂと、長さ１８ｃとを有する。
【００１８】
図１〜図４に示されるように、１つの好ましい実施形態において、バンド１４は、これに取り付けられた単一のバランスウェイト１２を有する。特定の実施形態において、１つよりも多いバランスウェイト１２が、シャフトの不均衡を相殺するようバンド１４に追加され得る。１つの好ましい実施形態において、追加のバランスウェイト１２は、クラッシュポイント１６ａと、１６ｂとの間の湾曲した接続部１８に追加され得る。
【００１９】
湾曲した接続部１８の長さ１８ｃは、バランスウェイト１２の合計の長さよりも長い。ここで図１に参照すると、バンド１４は、そのそれぞれの端部に２つの端部１４ｆ、１４ｇを有する。
【００２０】
図３〜図４に示されるように、バンド１４は、端部１４ｆ、１４ｇが接触して概して円筒形状を形成ように丸められ得る。円筒形状のバンド１４は、最大直径１４ｈを有する。図４に示されるように、湾曲した接続部１８は、バンド１４に第２の直径１４ｉを設ける。最大直径１４ｈと第２の直径１４ｉとの間の差異は、バランスウェイト１２の厚さ１２ｃと等しい。
【００２１】
バンド１４の端部１４ｆ、１４ｇが重なるようにバンド１４が丸められた場合、バンド１４は、バンド１４が中に配置されることになるシャフト２０の内径よりもバンド１４の最大外径１４ｈが小さくなるような円筒形状を形成する。シャフト２０は、内面２０ａおよび外面２０ｂを有する。バンド１４をシャフト２０の中に挿入すべく、バンド１４は、シャフト２０の内面２０ａの直径よりも小さい最大外径１４ｈを有する概して円筒形状を形成するよう丸められ、次にシャフト２０へ挿入される。バンド１４は、必要に応じて、シャフト２０の不均衡を相殺するようシャフト２０内の任意の位置に配置され得る。図５に示されるように、１つよりも多いバンド１４が、シャフト２０のバランスを保つために必要に応じて、シャフト２０内に配置され得る。図６に示されるように、一旦バンド１４がシャフト２０へ挿入されると、バンド１４は、解放されて、バンド１４の外面１４ｅがシャフト２０の内面２０ａに接触することを可能とし得る。バンド１４が解放された場合、端部１４ｆ、１４ｇは、互いに直線状に整列し、端部１４ｆ、１４ｇ間に小さい間隙が存在し得る。
【００２２】
バランスウェイト１２とシャフト２０の内面２０ａとの間により安定した接続を提供すべく、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂは、シャフト２０の内面２０ａに向かう下向きの力を加えることで可塑的に変形し、バンド１４を引き伸ばし得る。図６に示されるように、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂに力を加える前に、バランスウェイト１２の外面１２ｂとシャフト２０の内面２０ａとの間に間隙が存在し得る。図７〜図８に示されるように、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂを変形させることによって、外向きの最大スプリング力がシャフト２０の内面２０ａにもたらされ、バランスウェイト１２の外面１２ｂがシャフト２０の内面２０ａに接触するようにさせる。変形の間、バンド１４の端部１４ｆ、１４ｇが接触する。バランスウェイト１２を適所に保持するスプリング力は、バランスウェイト１２をシャフト２０の内面２０ａに保持するには低負荷および低スピードで十分である。図７は、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂに力を加えて、外向きに最大スプリング力を生成するツール１７を示す。しかしながら、高負荷および高スピード下では、クラッシュポイント１６ａ、１６ｂの変形によって生成されるスプリング力は、シャフト２０の内面２０ａに対してバランスウェイト１２を適所に保持するには十分ではない場合があり、追加の手段の取り付けが必要となる場合がある。
【００２３】
１つの好ましい実施形態において、バンド１４は、さらに接着剤を用いてシャフト２０の内面２０ａに固定される。接着剤は、シャフト２０内に配置する前にバンド１４の外面１４ｅに塗られる。接着材料は、エポキシを含む任意の所望の接着材料であってよい。
【００２４】
他の好ましい実施形態において、バンド１４は、ステーキングを含むが、これに限定されない機械的手段によってシャフト２０の内面２０ａに固定され得る。
【００２５】
他の好ましい実施形態において、シャフト２０の中にバンド１４を挿入した後に、シャフト２０およびバンド１４にコーティングが塗られ、シャフト２０の内面２０ａにバンド１４を封止接着する。コーティングは、噴霧式紫外線硬化材であってもよいが、これに限定されない。  図５に示されるように追加のバンド１４が、シャフト２０の不均衡を相殺するために必要に応じてシャフト２０の中に挿入され、配置され得る。前述のように、特定の実施形態において、バンド１４は、特定の用途の必要に応じてシャフト２０の不均衡を相殺するために１つよりも多いバランスウェイト１２も含み、シャフト２０内に配置され得る。
【００２６】
特許法の規定に従い、本発明は、その好ましい実施形態を示すと考慮されるものにおいて説明されてきた。  しかしながら、本発明は、その主旨または範囲から逸脱することなく、具体的に図示され、説明されているものとは異なるように実施され得ることに留意すべきである。
【図１】
2019510936.tif 000002
【図２】
2019510936.tif 000003
【図３】
2019510936.tif 000004
【図４】
2019510936.tif 000005
【図５】
2019510936.tif 000006
【図６】
2019510936.tif 000007
【図７】
2019510936.tif 000008
【図８】
2019510936.tif 000009
【国際調査報告】
2019510936.tif 000010
2019510936.tif 000011
2019510936.tif 000012